地震震源机制波形自动反演系统的研究现状与展望

震源机制解是地震学研究的重要组成部分, 它从一定程度上描述了震源的性质及其破裂过程, 对其正确、 全面地认识可深化理解地震的孕育、 发生和演化。 而地震波形自动反演系统的建立, 不仅实现了利用地震波形信息进行震源机制解的自动反演, 更重要的是加快了反演的速度, 充分体现了提取震源信息的实效性, 从而有力地帮助震情分析、 余震趋势预测、 震后救援等工作的展开。 本文系统地阐述了震源机制解反演方法, 总结了自动反演系统构建思路以及波形自动反演系统的实现, 为国内构建自动反演系统提供了可鉴的技术思路。     

含衰减地层微地震震源机制反演及其反演分辨率

微地震震源机制的反演对于非常规油气开发具有至关重要的作用.微地震信号主频高、能量小,容易受地层吸收衰减作用的影响使其波形发生畸变,本文提出了一种考虑地层吸收衰减作用的微震源机制反演方法,并利用费雷谢偏导矩阵的SVD分解(特征值分解)方法,分析研究了地层的吸收衰减因子的变化对于微地震震源机制反演分辨率的影响,根据理论计算给出了不同地震数据对各种震源机制反演的适用条件.理论计算证明,采用直达P波和S波数据联合反演震源的T值,单独利用直达P波反演震源的k值,可以有效降低地层吸收衰减作用对反演结果的影响.     

利用格林函数库计算2008年青海大柴旦6.4级地震的余震震源机制

通过建立格林函数库可以降低在矩张量反演过程中的计算量,提高获取中小地震震源机制解的速度。运用此方法对2008年11月10日青海大柴旦6.4级地震的地震序列中ML≥2.0的98个余震进行了震源机制解,在小震矩张量反演中克服了模拟资料无法准确得到小震震源机制解的缺陷,初步探索了运用区域数字地震台网资料确定中小地震震源机制解的方法,并对计算结果给出了解释。     

黏弹性VTI介质微地震正演模拟与震源机制全波形反演

微地震矩张量能够描述储层岩石破坏的细节,有助于了解水力压裂储层的地质力学特征,震源机制矩张量反演对于非常规油气开发具有重要的作用.水力压裂通常在页岩油气储层中进行,震源区介质表现出速度和衰减各向异性,需要研究衰减各向异性介质中微地震信号的传播规律.基于观测到的微地震记录,通过波形反演能够获得矩张量,忽视震源区介质的衰减和速度各向异性会导致震源机制反演结果的误差.本文提出了一种考虑地层各向异性吸收衰减作用的震源机制全波形反演方法,对于黏弹性VTI介质,采用GPU并行的伪谱法计算合成地震记录,通过全波形反演方法匹配合成波形和记录波形,借助优化算法获得震源机制矩张量反演结果.本文通过实验测试验证了该方法的有效性,分析了震源区各向异性速度和衰减参数、噪声以及观测系统等对于微地震震源机制各分量及成分反演结果的影响,研究表明考虑模型中的黏弹性各向异性对于获得可靠的震源机制反演结果非常重要.     

利用地球自由振荡观测约束芦山地震的震源机制解

地球自由振荡的振幅和地震的震源机制有密切的关系．利用长周期自由振荡的观测可对地震的震源机制解进行分析和约束．芦山地震虽然是中等强度的地震,但也激发了可观测的自由振荡信号．根据芦山地震的4种不同震源机制解计算了芦山地震的自由振荡,然后与超导重力仪和宽频带地震仪观测的结果进行比对分析,结果表明可利用2．3～5mHz的球型简正模分析和约束芦山地震的震源机制解．研究发现地震的标量地震矩Mo对自由振荡振幅的影响较大,而断层走向、倾角、滑动方向角和震源深度对自由振荡的振幅影响较小．分析了不同震源机制解理论计算的地球自由振荡参数,发现由GCMT反演的地震矩与实际观测符合较好,其相应的震级能较好反映芦山地震释放的总能量,而利用远场体波反演的地震矩偏小,联合远场和近场观测数据反演可显著改善体波的震源机制解．     

首都圈地区中小地震全波形震源机制反演

目前对首都圈地区中小地震的震源机制研究所用的方法主要有P波初动极性法、 振幅比法及波形反演方法。 前两种方法只利用了波形中很少量的信息, 且对于稀疏台阵效果较差, 而传统的波形反演法也仅利用了波形的部分信息, 且对于震级、 数据资料等有一定的要求。 为克服上述传统方法中的局限并进一步提高震源机制解的准确性, 本文采用一种新的综合利用上述各种信息的全波形匹配方法来反演首都圈地区中小地震的震源机制解, 提高反演解的可靠性。 为了检验所使用的全波形匹配震源机制反演方法的可靠性, 我们首先进行了合成数据测试, 结果表明全波形匹配方法可以得到稳定可靠的震源机制解。 利用新的全波形匹配方法计算了2019年4月北京发生的两次地震震源机制解, 并结合活动断裂进行分析。 将新的全波形震源机制反演方法应用于首都圈地区2015年以来的22个地震(2.2≤M≤4.3), 并对22个地震的震源机制解及应力轴分布进行了分析, 与前人研究结果具有较好的一致性。     

利用数字波形资料研究区域中小地震震源机制

应用矩张量概念对震源物理的研究是当代地震学的一个重要的前沿课题。近20年来,随着宽频带数字地震仪的广泛应用,地震波形记录的质量明显提高,极大地推动了对震源物理过程研究的进展。对于区域性中、小地震,由于区域性地震的波形记录包含了有关震源和区域地壳的丰富的信息,利用波形资料研究区域性中、小地震的震源机制,其结果有助于了解震源区和区域性应力状态以及断层的构造特性,是理解地震孕育过程的重要途径。近年来,随着计算合成理论地震图的理论和方法的进步,使用矩张量反演方法确定中小地震的点源机制解以及有限破裂参数等研究领域取得了显著进展。本论文在前人研究的基础上,发展了两种针对区域中、小地震震源参数反演的求解方法,通过数值试验讨论了震源机制反演结果的稳定性,并结合实际地震观测资料进行了检验。     

阿拉善左旗5.8级地震数字化波形记录特征和震源机制解

利用内蒙古测震台网记录的2015年4月15日阿拉善左旗5.8级地震资料,对其波形特征及定位精度进行了讨论分析,并采用CAP方法反演了此次地震的震源机制和震源深度。反演结果表明,阿拉善左旗5.8级地震是一次略带逆冲分量的走滑地震。     

基于三维应变格林函数反演中小震震源机制

随着复杂速度结构反演的发展和高性能计算能力的提升,基于高精度3D介质模型计算格林函数反演震源机制更具可行性。中小地震因具有更好的覆盖和近似点源效应,在区域结构成像中有着广泛的应用。基于波形类的反演方法如波动方程层析成像\,全波形反演都需要震源机制解,而传统的震源机制反演方法不能很好地应用于中小地震。采用有限差分法构建应变格林张量(Strain Green Tensor,SGT)数据库,将合成波形和实际波形按震相截窗并滤波到不同的频带范围,先通过最小化互相关走时差来进行震源重定位,再通过最小化波形残差反演震源机制。通过合成数据测试验证方法的正确性,随后将该方法应用于青藏高原东部边缘龙门山地区,反演一系列M_W3.4～5.7的中小地震震源机制。由于应变格林张量数据库可预先构建,该方法可以应用于(近)实时震源机制解反演。     

用地震波形资料反演中国大陆六个中强地震的矩张量和震源机制

利用 Helmberger(1968)的广义地震射线理论,研究了利用地震波形资料快速、大量地线性反演国内地震的地震矩张量和震源机制解的新方法,并对近年来先后发生在中国大陆的六个中强地震进行了反演,得到了这些地震的地震矩张量、标量地震矩、断层而解和震源时间函数等参数.     

2008年汶川大地震震源机制的时空变化

本文提出了一种基于恒定破裂速度和固定子事件震源时间函数的假定、利用远场地震波形资料获取大地震震源机制的时空变化图像的线性反演方法,并利用这种方法及全球范围内48个台站的长周期波形资料反演建立了2008年汶川M_S8.0地震的震源机制随时间和空间变化的图像.根据这个图像可知,汶川大地震断层的西南端震源机制接近于逆冲,随着破裂向东北方向延伸,震源机制的走滑分量逐渐增大,走滑分量超过逆冲分量的转折点在震中东北大约190 km的位置.为了检验反演方法的有效性和反演结果的可靠性,我们特别设计了一个数值试验对反演结果进行了检验.检验结果表明,我们在本文中提出的反演方法是有效的,关于汶川大地震的反演结果也是可靠的（除长周期信号较弱的一段外).通过比较发现,反演结果与震后野外考察的结果也相当吻合.     

利用数字化地震资料研究1995年永登5.8级地震的震源过程

利用兰州遥测地震台网数字化记录资料对１９９５年７月２２日永登ＭＳ５．８地震的１０次较强余震进行了精确定位，并由余震震源的空间分布图象讨论了该次地震的震源过程。余震震源明显分布在深度不同的呈立体交叉的两个断层面上，而且发震的时间段也具有明显的分组特征。主震震中位于断层立交部位。提出了在北东方向的区域应力场作用下，上地壳内不同层位的介质中可能有相互立体交叉的断层发育，而其立体相交部位附近的异层介质间快速滑动可能是中国西部地区中强地震成因的新观点     

模拟退火法在反演地震断层参数中的运用

在地震断层参数的反演中,选取合适的反演方法,对于反演的结果具有至关重要的意义,模拟退火法是一种非线性的反演方法,为了验证此方法在地震断层反演中的准确性,以2004年的仲巴6．7级地震为研究对象,采用模拟退火的方法,通过调用Rongjiang Wang的Okada程序,对用四叉数方法处理过的INSAR地震数据进行反演,从而得到该次地震的断层参数。     

Rapid earthquake focal mechanism inversion using high-rate GPS velometers in sparse network

In this study, we demonstrate an approach for inverting earthquake source parameters based on high-rate global positioning system(GPS) velocity seismograms. The velocity records obtained from single-station GPS velocity solutions with broadcast ephemeris are used directly for earthquake source parameter inversion using the Cut and Paste method, without requiring conversion of the velocity records into displacement records. Taking the El Mayor-Cucapah earthquake as an example, GPS velocity records from 10 stations with reasonable azimuthal coverage provide earthquake source parameters very close to those from the Global centroid moment tensor(Global CMT) solution. In sparse network tests, robust source parameters with acceptable bias can be achieved with as few as three stations. When the number of stations is reduced to two, the bias in rake angle becomes appreciable, but the magnitude and strike estimations are still robust. The results of this study demonstrate that rapid and reliable estimation of earthquake source parameters can be obtained from GPS velocity data. These parameters could be used for early earthquake warning and shake map construction, because such GPS velocity records can be obtained in real time.     

宽频带数字资料低频波在大震前的短临前兆信息研究

通过对高台、兰州、成都、安西地震台宽频带数字资料在2001年昆仑山口西8.1级地震,2008年汶川8.0级地震以及2003年山丹、民乐6.1级地震前低频波频谱变化的研究,总结了数字资料在频率域上的短临前兆异常特征,发现0.1~0.14 Hz频幅在震前几天成逐渐增强的趋势。并结合震源区构造特征对前兆机理进行了探讨。认为低频波的产生与静地震和慢地震有关。     

2009年姚安地震序列定位及震源区三维P波速度结构研究

利用2009年7月9日姚安Ms6.0地震序列的到时数据,应用双差层析成像方法,对地震进行了重定位,并反演了震源区的三维速度结构.经过资料选取,共有873次余震事件参加了反演.重定位结果显示,姚安地震余震序列呈WNW向条带状分布,大部分地震的震源深度集中在3-12 km之间.从余震的深度分布随时间的变化推测,姚安Ms6....     

河谷型城市的震害特点及防震减灾——以兰州市区为例

兰州是中国最典型的唯一河谷型特大城市,市内多次发生或遭受到强地震波及影响。特殊的地质构造和自然地理环境,使兰州市的震害尤其是地震诱发的地质灾害,表现出多样性、多发性、复杂性和严重性;由于城市的政治、经济结构和地位的影响,使灾害的危害表现在整体性和全局性上,因而兰州市在地震灾害面前又显示出脆弱和易损的一面。建立健全全市防震减灾的机制,预防各种次生灾害,尤其是包括滑坡在内的地质灾害,确保生命线工程的安全和正常运转,提高各级政府的管理水平,强化公众的综合应急应变能力,是做好兰州市防震减灾的重要工作。     

临潭-宕昌断裂3次中强地震活动与兰州钻孔倾斜观测趋势性变化特征分析

通过分析2001年10月~2015年5月兰州钻孔倾斜观测资料的变化趋势,发现由于仪器安装时未安装底座托盘而造成观测资料存在长期的趋势性漂移。利用抛物线函数对兰州钻孔倾斜观测资料进行趋势拟合后发现,临潭-宕昌断裂3次中强地震发生前兰州钻孔倾斜观测资料的拟合残差存在着一定的异常变化,因此认为兰州钻孔倾斜观测有可能较好地反映临潭-宕昌断裂的中强地震活动。     

Validation and Joint Inversion of Teleseismic Waveforms for Earthquake Source Models Using Deep Ocean Bottom Pressure Records: A Case Study of the 2006 Kuril Megathrust Earthquake

The importance of accurate tsunami simulation has increased since the 2004 Sumatra-Andaman earthquake and the Indian Ocean tsunami that followed it, because it is an important tool for inundation mapping and, potentially, tsunami warning. An important source of uncertainty in tsunami simulations is the source model, which is often estimated from some combination of seismic, geodetic or geological data. A magnitude 8.3 earthquake that occurred in the Kuril subduction zone on 15 November, 2006 resulted in the first teletsunami to be widely recorded by bottom pressure recorders deployed in the northern Pacific Ocean. Because these recordings were unaffected by shallow complicated bathymetry near the coast, this provides a unique opportunity to investigate whether seismic rupture models can be inferred from teleseismic waves with sufficient accuracy to be used to forecast teletsunami. In this study, we estimated the rupture model of the 2006 Kuril earthquake by inverting the teleseimic waves and used that to model the tsunami source. The tsunami propagation was then calculated by solving the linear long-wave equations. We found that the simulated 2006 Kuril tsunami compared very well to the ocean bottom recordings when simultaneously using P and long-period surface waves in the earthquake source process inversion.     

兰州1125年7级地震考证与发震构造分析

对历史地震资料的详细考证，黄土地震滑坡的调查及兰州地区活动断裂的追踪考察表明：在兰州1125年地震中遭毁坏的“金城六城”之一的益机滩堡在今兰州市西固区河口以南的潍尼龙厂内，由此确定的六城范围在今兰州市西固区以南至河口一带，这与本区黄土地震滑坡的分布范围，全新世活动断裂的展布及地震破裂带遗迹的分布相吻合，综合分析认为，兰州1125年7级地震的发震构造应为兰州市区以南，距市区最近距离仅4km的马衔山北缘活动断裂带西端的咸水沟断裂段。